(57)【要約】【課題】  電子シャッター用垂直走査部を省いたＭＯＳ型固体撮像素子を用い小型化を図ったカプセル内視鏡を提供する。【解決手段】  フォトダイオードと増幅用ＭＯＳトランジスタとを有する画素を二次元状に複数配置してなる画素部13と、画素部の読み出し行を選択する垂直走査部15と、選択行の画素信号を取り出す複数の垂直信号線17と、該垂直信号線から画素信号を選択的に取り出す水平読み出し回路14とを備えたＭＯＳ型撮像素子１と、照明光源６と、該照明光源の発光量あるいは発光時間を制御する光源駆動制御部５と、該光源駆動制御部を制御し、前記照明光源により照明された後、前記ＭＯＳ型撮像素子の画素信号を出力させる駆動制御・信号処理ユニット９とを備えてカプセル内視鏡を構成する。【選択図】        図  １
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードと該フォトダイオードからの出力を増幅して画素信号として出力するＭＯＳトランジスタを有する画素が行方向及び列方向に二次元に複数配置された画素部、前記画素部に対し、その１行と１対１に対応する行選択信号を生成する唯一つの垂直走査部、前記行選択信号により選択された行の各画素の画素信号が取り出される複数の垂直信号線、及び複数の前記垂直信号線から各画素信号を選択的に取り出す水平走査部を備えたＭＯＳ型撮像素子と、照明光源部と、前記照明光源部の発光量あるいは発光時間を制御する光源制御部と、前記光源制御部を制御し、前記照明光源部により照明された後、前記ＭＯＳ型撮像素子の画素信号を出力させる駆動制御信号処理ユニットとを有するカプセル内視鏡。
【請求項２】
前記画素部は、前記ＭＯＳ型撮像素子の略中心に対応する位置を中心とした矩形領域が受光画素領域に、前記受光画素領域を囲む領域が遮光画素領域に、各々設定されていることを特徴とする請求項１に係るカプセル内視鏡。
【請求項３】
前記画素部の奇数行に対応する前記垂直走査部を第１の垂直走査ユニットとし、前記画素部の偶数行に対応する前記垂直走査部を第２の垂直走査ユニットとしたとき、前記第１の垂直走査ユニットと前記第２の垂直走査ユニットとは、前記画素部を挟んで対向する領域に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に係るカプセル内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カプセル内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、種々の撮像装置に用いられる固体撮像装置における露光量制御手法として、電子シャッター用垂直走査回路を設ける手法が知られている。次に、特開平５−２２７４８９号公報に開示されている固体撮像装置（エリアセンサ）の構成と、露光量制御を行う手法について説明する。図８は、該公報開示のエリアセンサ40の概略構成を示すブロック図で、このエリアセンサ40は、複数の画素が行方向及び列方向に二次元的に配置された画素部13と、画素部13の画素信号の読み出しをする行を選択し、選択する行を順次切り換える読み出し用垂直走査回路15と、画素部13と読み出し用垂直走査回路15とを接続する垂直走査線16と、画素に蓄積された信号をリセットする電子シャッター用垂直走査回路42と、画素部13と電子シャッター用垂直走査回路42を接続する垂直走査線16と、読み出し用垂直走査回路15で選択された読み出し行の画素信号を読み出す垂直信号線17と、垂直信号線17に読み出された信号を順次出力する水平読み出し回路14と、エリアセンサ40の動作制御をする動作制御部19とから構成されている。
【０００３】
そして、画素部13は受光画素領域11と遮光画素領域12からなり、読み出し用垂直走査回路15は画素部13の左側に設けられ、電子シャッター用垂直走査回路42は画素部13の右側に設けられている。
【０００４】
図９は、エリアセンサ40に常に光があたっているときの露光量制御動作を説明するためのタイミングチャートである。エリアセンサ40において、読み出し用垂直走査回路15及び電子シャッター用垂直走査回路42の走査が、画素部13の上部から下部へ走査する方向とすると、図９のリセット信号出力と画素領域出力のタイミングチャートに示すように、ｎフレーム目とｎ＋１フレーム目の間に１度画素に蓄積された信号をリセットし、リセット後に再び蓄積された画素信号を読み出す。この読み出し画素信号に対しては、リセットされてから読み出されるまでの時間、つまり、第ａ行リセットタイミングと第ａ行読み出しタイミングとの時間差が露光時間となる。
【０００５】
そして、この露光時間は、読み出し用走査回路15によって画素信号が読み出される時点において、電子シャッター用走査回路42によって画素信号がリセットされている行と、読み出し用走査回路15によって当該画素信号が読み出されている行との間に存在する行の本数に比例し、この本数を変化させることで、露光時間を制御する。
【０００６】
また、例えば、体腔内などの暗い部分を撮像する撮像装置において、露光量制御を光源の発光制御により行う手法がある。次に、特開２００５−５５２号公報に示された、この露光量制御手法を用いたカプセル内視鏡を図10に示す。
【０００７】
図10に示すように、上記公報開示のカプセル内視鏡２は、外観形状がカプセル型の錠剤形状をなし、その縦断面が略楕円形を有するカプセル形状の樹脂等からなる筐体３を有し、その前部は透明部材３ａで形成されている。そして、上記筐体３の内部には、透明部材３ａに対向する前部に体腔内の消化器などの撮影対象物を照明する、例えばＬＥＤからなる光源６と、この光源６により照明された対象物の光像を結像する観察光学系（以下、対物レンズと称す）８と、この対物レンズ８を介して撮像し、所定の光電変換処理を行って画像信号を生成する、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサからなるエリアセンサ40と、その後方には、エリアセンサ40からの出力を受けて、光源６の光量あるいは発光時間の制御及び駆動を行う光源駆動制御部５と、エリアセンサ40の駆動制御回路及び信号処理回路を有する駆動制御・信号処理ユニット９と、この駆動制御・信号処理ユニット９から出力される画像信号を受けて、これを体腔外に設けられる所定の受信記録装置（図示せず）に向けて、例えば無線通信を用いて伝送出力する通信ユニット10と、電源電池４ａ，電源電池４ｂからなる電源４が配設されて、カプセル内視鏡２の主要部が構成されている。
【０００８】
このように構成されたカプセル内視鏡２において、光源駆動制御部５は、エリアセンサ40の出力信号に基づいて、光源６の発光条件（発光量／発光時間）を決定し、駆動制御・信号処理ユニット９からの駆動信号により、決定された発光条件に基づいて光源６を駆動する。
【０００９】
図11に、光源６の駆動（光源駆動電流）タイミングと、エリアセンサ40の駆動（画素領域出力）タイミングを示す。体腔内などの暗い部分では、光源６を発光させないとエリアセンサ40に光は入射しない。すなわち、光源６の発光時間が、エリアセンサ40の露光時間となる。したがって、光源６の発光条件を制御することにより、エリアセンサ40の露光量制御を行うことができる。
【特許文献１】特開平５−２２７４８９号公報
【特許文献２】特開２００５−５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、ＭＯＳ型撮像素子をカプセル型内視鏡に搭載し、露光量制御を光源で行う場合、体腔内は暗いので、通常のＭＯＳ型撮像素子に備えられている電子シャッター機能は不要である。一方で、カプセル内視鏡は体腔内での撮像を行うため、カプセル内視鏡の長さや太さには制限がある。そのため、カプセル内視鏡の小型化を考えた場合、ＭＯＳ型撮像素子の小型化が必須となる。
【００１１】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたものであり、好適な構造を有するＭＯＳ型撮像素子を搭載した、更なる小型化が可能なカプセル内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、フォトダイオードと該フォトダイオードからの出力を増幅して画素信号として出力するＭＯＳトランジスタを有する画素が行方向及び列方向に二次元に複数配置された画素部、前記画素部に対し、その１行と１対１に対応する行選択信号を生成する唯一つの垂直走査部、前記行選択信号により選択された行の各画素の画素信号が取り出される複数の垂直信号線、及び複数の前記垂直信号線から各画素信号を選択的に取り出す水平走査部を備えたＭＯＳ型撮像素子と、照明光源部と、前記照明光源部の発光量あるいは発光時間を制御する光源制御部と、前記光源制御部を制御し、前記照明光源部により照明された後、前記ＭＯＳ型撮像素子の画素信号を出力させる駆動制御信号処理ユニットとを備えて、カプセル内視鏡を構成するものである。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に係るカプセル内視鏡において、前記画素部は、前記ＭＯＳ型撮像素子の略中心に対応する位置を中心とした矩形領域が受光画素領域に、前記受光画素領域を囲む領域が遮光画素領域に、各々設定されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係るカプセル内視鏡において、前記画素部の奇数行に対応する前記垂直走査部を第１の垂直走査ユニットとし、前記前記画素部の偶数行に対応する前記垂直走査部を第２の垂直走査ユニットとしたとき、前記第１の垂直走査ユニットと前記第２の垂直走査ユニットとは、前記画素部を挟んで対向する領域に配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、ＭＯＳ型撮像素子の露光量制御を光源制御部に担わせ、且つ、従来、垂直走査回路として、例えば画素部を挟んで垂直走査部と対向する位置に別体として配置されていた電子シャッター用の垂直走査部を備えず、画素部に対し、その行と１対１に対応する行選択信号を生成し、その生成された行選択信号が画素信号を読み出す行を指定する信号となる垂直走査回路を唯一つ有するＭＯＳ型撮像素子を用いることで、カプセル内視鏡の小型化が可能となる。また請求項２に係る発明によれば、画素部の受光画素領域の中心とＭＯＳ型撮像素子の中心とが略一致しているため、余分なスペースを必要とせずに、カプセル内視鏡に対するＭＯＳ型撮像素子の位置決めができ、それによりカプセル内視鏡の更なる小型化が可能となる。また請求項３に係る発明によれば、受光画素領域の中心とＭＯＳ型撮像素子の中心とを容易に一致させることができるため、余分なスペースを必要とせずに、カプセル内視鏡に対するＭＯＳ型撮像素子の位置決めが容易にでき、それによりカプセル内視鏡の更なる小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
まず、本発明に係るカプセル内視鏡の実施例１について説明する。図１は、実施例１に係るカプセル内視鏡２の電気回路の構成の概略を示すブロック図で、図10に示した従来のカプセル内視鏡２と同一又は対応する構成要素には同一符号を付して示している。図１に示す実施例１に係るカプセル内視鏡の構成及び駆動動作は、図10に示した従来のカプセル内視鏡の構成及び駆動動作とほぼ同じであり、エリアセンサとしてＭＯＳ型イメージセンサ１を適用したものである。また、露光量制御は光源側で行うため、ＭＯＳ型イメージセンサ１での露光量制御は行わないようになっている。
【００１８】
図２は、実施例１に係るカプセル内視鏡に搭載する、ＭＯＳ型イメージセンサ１の構成の概略を示すブロック図であり、図８に示したエリアセンサと同一又は対応する構成要素には同一符号を付して示している。このＭＯＳ型イメージセンサ１は、光電変換を行うフォトダイオードと、フォトダイオードで発生した光生成電荷を電圧変換して増幅して読み出す増幅用ＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を行方向及び列方向に二次元的に配置した画素部13と、画素部13の画素信号の読み出しをする行を選択し、選択する行を順次切り換える読み出し用垂直走査部15と、画素部13と読み出し用垂直走査部15とを接続する垂直走査線16と、読み出し用垂直走査部15で選択された読み出し行の画素信号を読み出す垂直信号線17と、垂直信号線17に読み出された信号を順次出力する水平読み出し回路14と、ＭＯＳ型イメージセンサ１の動作を制御する動作制御部19とから構成されている。そして、画素部13は受光画素領域11と遮光画素領域12からなり、垂直走査部15は画素部13の左側に設けられている。
【００１９】
図１に示す実施例１に係るカプセル内視鏡２において、露光量制御は光源側で行われるので、ＭＯＳ型イメージセンサ１には露光量制御機能である電子シャッター用垂直走査回路を搭載しなくてもよい。そのため、電子シャッター用垂直走査回路を搭載しないことで、従来のＭＯＳ型イメージセンサと比較してセンサ面積を小さくでき、カプセル内視鏡内を小型化することが可能となる。
【００２０】
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。図３の（Ａ）は、実施例２に係るカプセル内視鏡２の電気回路の構成の概略を示すブロック図であり、図１に示した実施例１に係るカプセル内視鏡と同一又は対応する構成要素には同一符号を付して示している。この実施例に係るカプセル内視鏡の構成及び駆動動作は、図１に示した実施例１に係るカプセル内視鏡の、構成及び駆動動作と同じである。図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）に示した実施例２に係るカプセル内視鏡２の被写体側から見た正面図を示し、ＭＯＳ型イメージセンサ１の中心は31で、画素部13の受光画素領域11の中心は32で、カプセル内視鏡２の中心は20で、対物レンズ８の中心は28で示している。なお、図３の（Ｂ）において、ＭＯＳ型イメージセンサ１は概略的に示している。
【００２１】
そして、図３の（Ｂ）からわかるように、カプセル内視鏡２の中心20と、ＭＯＳ型イメージセンサの中心31と、画素部13の受光画素領域の中心32と、対物レンズの中心28は、略一致した配置構成となっている。
【００２２】
図４は、本実施例に係るカプセル内視鏡に搭載する、ＭＯＳ型イメージセンサ１の構成を示すブロック図である。この実施例に係るＭＯＳ型イメージセンサの構成は、図２に示した実施例１に係るＭＯＳ型イメージセンサ１と基本構成は同じであるが、相違点は、画素部13の垂直走査部15の配置側の反対側における遮光画素領域12ａを、垂直走査部15の配置側の遮光画素領域12ｂより広く設けることにより、ＭＯＳ型イメージセンサ１の中心31と受光画素領域11の中心32を、ほぼ一致させている点である。
【００２３】
カプセル内視鏡において、対物レンズ８の形状はカプセル内視鏡２の形状を決める要素の一つであり、カプセル内視鏡２を小型化するには、図３の（Ｂ）に示すように、対物レンズ８の中心28と、カプセル内視鏡２の中心20とが略一致するように、カプセル筐体３内に対物レンズ８が配置されていることが望ましい。そのため、図４に示すＭＯＳ型イメージセンサ１を、その中心31とカプセル内視鏡２の中心20とが略一致するようにカプセル内視鏡２に配置することで、ＭＯＳ型イメージセンサ１の中心31と、受光画素領域11の中心32と、カプセル内視鏡２の中心20と、対物レンズ８の中心28とが、略一致したカプセル内視鏡の構成となり、カプセル内視鏡内の空間を有効活用でき、更なるカプセル内視鏡の小型化が可能となる。
【００２４】
また実装の観点からも、ＭＯＳ型イメージセンサ１の中心31と受光画素領域11の中心32が略一致しているため、余分なスペースを必要とせずに観察光学系に対するＭＯＳ型イメージセンサ１の位置決めができる。そのためカプセル内視鏡の更なる小型化が可能となる。
【００２５】
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。図５は、本実施例３に係るカプセル内視鏡２に搭載する、ＭＯＳ型イメージセンサ１の構成を示すブロック図である。この実施例に係るＭＯＳ型イメージセンサ１は、複数の画素が行方向及び列方向に二次元的に配置された画素部13と、また、画素部13の画素信号の読み出しをする奇数行を選択し、選択する行を順次切り換える第１の読み出し用垂直走査部23と、画素部13と第１の垂直走査部23とを接続する第１の読み出し用垂直走査線24と、画素部13の画素信号の読み出しをする偶数行を選択し、選択する行を順次切り換える第２の読み出し用垂直走査部22と、画素部13と第２の垂直走査部22とを接続する第２の読み出し用垂直走査線21と、第１の垂直走査部23や、第２の垂直走査部22で選択された読み出し行の画素信号を読み出す垂直信号線17と、垂直信号線17に読み出された信号を順次出力する水平読み出し回路14と、ＭＯＳ型イメージセンサ１の動作制御をする動作制御部19とから構成されている。
【００２６】
そして、画素部13は、受光画素領域11と遮光画素領域12からなり、第１の垂直走査部23は画素部13の左側に設けられ、第２の垂直走査部22は画素部13の右側に設けられている。また、露光量制御は光源側で行うため、電子シャッター用垂直走査回路は搭載されていない。更に、ＭＯＳ型イメージセンサ１の中心31と受光画素領域11の中心32は一致するように構成されている。
【００２７】
次に、この実施例のＭＯＳ型イメージセンサの第１及び第２の垂直走査部の構成、及び画素部と第１及び第２の垂直走査部との接続態様を説明するために、まず図２に示した実施例１におけるＭＯＳ型イメージセンサ１の垂直走査部15、及び画素部13と垂直走査部15を接続する垂直走査線16の態様を図６に基づいて説明する。ここでは、画素部13の１行分に対して垂直走査部15の１行分の垂直走査部が対応しており、画素部13の１行分の受光領域を26で、１行分に対応する垂直走査部を25でそれぞれ示している。
【００２８】
図７は、図５に示した本実施例におけるＭＯＳ型イメージセンサ１の画素部13と第１の垂直走査部23の構成と、画素部13と第１の垂直走査部23とを接続する第１の垂直走査線24の接続態様と、第２の垂直走査部22の構成と、画素部13と第２の垂直走査部22を接続する第２の垂直走査線21の接続態様を示している。ここで、画素部13の奇数１行分に対して第１の垂直走査部23の１行分が対応しており、画素部13の偶数１行分に対して第２の垂直走査部22の１行分が対応している。そして、画素部13の奇数１行分の受光領域を26で、奇数行１行分に対応する第１の垂直走査部を27でそれぞれ示している。
【００２９】
本実施例に係るＭＯＳ型イメージセンサは、図５及び図７に示すように、画素部13の左右両側に、奇数行選択用の第１の垂直走査部23と、偶数行選択用の第２の垂直走査部22をそれぞれ配置することで、画素部13の１行分の走査に必要な第１及び第２の垂直走査部22，23の縦方向長さとして、画素部13の２行分の幅を確保できる。そのため、図７に示すように、本実施例に係るＭＯＳ型イメージセンサにおける第１の垂直走査部23及び第２の垂直走査部22は、図６に示す実施例１に係るＭＯＳ型イメージセンサにおける垂直走査部15と比較して、横方向の長さを短くすることが可能となる。そして、適切な回路配置を行うことにより、実施例１に係るＭＯＳ型イメージセンサの垂直走査部15の横方向の長さと、本実施例に係るＭＯＳ型イメージセンサの第１の垂直走査部23と第２の垂直走査部22とを合わせた横方向の長さは、ほぼ同じにすることができ、ＭＯＳ型イメージセンサ１の面積増加を最小限に抑えることができる。
【００３０】
このような構成の実施例３に係るＭＯＳ型イメージセンサ１を、図３の（Ａ）に示した実施例２に係るカプセル内視鏡２に、ＭＯＳ型イメージセンサ１の中心31とカプセル内視鏡２の中心20とが略一致するように配置することで、ＭＯＳ型イメージセンサ１の中心31と、受光画素領域11の中心32と、カプセル内視鏡２の中心20と、対物レンズ８の中心28とが、略一致した構成のカプセル内視鏡２が得られ、カプセル内視鏡内の空間を有効活用でき、更なるカプセル内視鏡２の小型化が可能となる。
【００３１】
また、本実施例に係るカプセル内視鏡においては、実装の観点からも、ＭＯＳ型イメージセンサ１の中心31と受光画素領域11の中心32が一致しているため、余分なスペースを必要とせずに、観察光学系に対するＭＯＳ型イメージセンサ１の位置決めができる。そのため、カプセル内視鏡２の更なる小型化が可能となる。更に、ＭＯＳ型イメージセンサ１の中心31と受光画素領域11の中心32を一致させる場合の、受光画素領域11と遮光画素領域12の配置の自由度が増す。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１に係るカプセル内視鏡の電気回路の構成の概略を示すブロック図である。
【図２】図１に示した実施例１に係るカプセル内視鏡に搭載するＭＯＳ型イメージセンサの構成の概略を示す平面図である。
【図３】実施例２に係るカプセル内視鏡の電気回路の構成の概略を示すブロック図、及びカプセル内視鏡の被写体側から見た概略正面図である。
【図４】実施例２に係るカプセル内視鏡に搭載するＭＯＳ型イメージセンサの構成を示すブロック図である。
【図５】実施例３に係るカプセル内視鏡に搭載するＭＯＳ型イメージセンサの構成を示すブロック図である。
【図６】図２に示した実施例１に係るカプセル内視鏡におけるＭＯＳ型イメージセンサの画素部と垂直走査部の構成の概略を示すブロック図である。
【図７】図５に示した実施例３に係るカプセル内視鏡におけるＭＯＳ型イメージセンサの画素部と、第１の垂直走査部と、第２の垂直走査部の構成の概略を示すブロック図である。
【図８】従来のエリアセンサの構成の概略を示すブロック図である。
【図９】図８に示した従来のエリアセンサにおけるリセット期間、及び読み出し期間を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】従来のカプセル内視鏡の電気回路の構成の概略を示すブロック図である。
【図１１】図10に示した従来のカプセル内視鏡の光源駆動期間、及び読み出し期間を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１  ＭＯＳ型イメージセンサ
２  カプセル内視鏡
３  筐体
３ａ  透明部材
４  電源電池
５  光源駆動制御部  
６  光源  
８  対物レンズ（観察光学系）
９  駆動制御・信号処理ユニット  
10  通信ユニット  
11  受光画素領域
12，12ａ，12ｂ  遮光画素領域
13  画素部
14  水平読み出し回路
15  垂直走査部
16  垂直走査線  
17  垂直信号線
19  動作制御部
20  カプセル内視鏡中心
21  第２の垂直走査線
22  第２の垂直走査部
23  第１の垂直走査部
24  第１の垂直走査線
25，27  １行分垂直走査部
26  １行分受光領域
28  対物レンズ中心
31  ＭＯＳ型イメージセンサ中心
32  受光画素領域中心
40  エリアセンサ
42  電子シャッター用垂直走査回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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